板桩码头新结构课件.ppt
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1、板桩码头新型结构板桩码头新型结构 内容提要内容提要一一二二三三1.1.板桩码头的发展历程板桩码头的发展历程80年代前,建成板桩码头年代前,建成板桩码头80座左右,其中大部分为钢筋混凝座左右,其中大部分为钢筋混凝土结构,小部分为钢板桩结构。板桩断面抵抗矩较小,不能承土结构,小部分为钢板桩结构。板桩断面抵抗矩较小,不能承受很大的弯矩,因此板桩码头只用于中小型码头。受很大的弯矩,因此板桩码头只用于中小型码头。80年代和年代和90年代新建成板桩码头年代新建成板桩码头47座,其中座,其中21座为钢筋混座为钢筋混凝土板桩结构,凝土板桩结构,16座为钢板桩结构,座为钢板桩结构,10座为地下连续墙板桩结座为地
2、下连续墙板桩结构,码头岸壁总长构,码头岸壁总长15793m。地下连续墙技术的发展,使得板。地下连续墙技术的发展,使得板桩码头向前迈进了一大步,板桩墙的厚度可在桩码头向前迈进了一大步,板桩墙的厚度可在1m以上,以上,1989年在京唐港建成了年在京唐港建成了3.5万吨级的单锚板桩码头。万吨级的单锚板桩码头。板桩码头概述板桩码头概述近十年来,我国板桩码头建设技术又取得新的进展,主要是在近十年来,我国板桩码头建设技术又取得新的进展,主要是在板桩码头大型化、深水化方面取得了突破性的成果,相继推出了板桩码头大型化、深水化方面取得了突破性的成果,相继推出了遮帘式(半遮帘式、全遮帘式)遮帘式(半遮帘式、全遮帘
3、式)、卸荷式(整体卸荷式、分离卸卸荷式(整体卸荷式、分离卸荷式)荷式)等新的结构形式,使得板桩码头由主要建设中小型码头的等新的结构形式,使得板桩码头由主要建设中小型码头的状况发展到建设了一大批状况发展到建设了一大批10万吨级深水码头万吨级深水码头。板桩码头概述板桩码头概述1.1.板桩码头的发展历程板桩码头的发展历程 与我国相比,国外的情况却大不相同,譬如欧洲和日本,码头大部分采用钢板桩结构。他们认为板桩结构比其他结构型式便宜且施工简单,欧洲几乎所有的码头都采用板桩结构。我国经过了60年的建港,目前水深条件和地基条件好的港址已经所剩很少了,我们现在面临的将是大量在滩涂、近岸浅滩、粉砂质海岸和淤泥
4、质海岸建港的时代,可以预言,今后板桩码头结构在我国会应用的越来越广。板桩码头概述板桩码头概述板桩码头板桩码头工作原理:工作原理:靠沉入地基的板桩墙和锚碇系统共同靠沉入地基的板桩墙和锚碇系统共同作用来维持其稳定性。作用来维持其稳定性。板桩码头概述板桩码头概述2.2.板桩码头的工作原理板桩码头的工作原理优点:优点:结构简单,材料用量少,造价便宜;主要构件可在结构简单,材料用量少,造价便宜;主要构件可在预制厂预制,施工方便、速度快;对复杂地质条件适应性预制厂预制,施工方便、速度快;对复杂地质条件适应性强;可先打板桩后挖港池,减少挖填土方量。强;可先打板桩后挖港池,减少挖填土方量。缺点:缺点:结构耐久
5、性不如重力式码头,钢板桩易锈蚀;施工结构耐久性不如重力式码头,钢板桩易锈蚀;施工过程中一般不能承受较大的波浪作用,不适于在无掩护的过程中一般不能承受较大的波浪作用,不适于在无掩护的海港中应用;需要打桩或其他沉桩设备。海港中应用;需要打桩或其他沉桩设备。板桩码头概述板桩码头概述3.3.板桩码头的优缺点板桩码头的优缺点适用条件:适用条件:所有板桩可沉入的地基,过去多用于所有板桩可沉入的地基,过去多用于中小码头。也可用于船闸闸墙、船坞坞墙、护岸中小码头。也可用于船闸闸墙、船坞坞墙、护岸和围堰等。和围堰等。板桩码头概述板桩码头概述4.4.板桩码头的适用条件板桩码头的适用条件5.5.板桩码头的常用结构形
6、式板桩码头的常用结构形式板桩码头概述板桩码头概述普通板桩墙普通板桩墙板桩码头概述板桩码头概述长短板桩结合长短板桩结合板桩码头概述板桩码头概述主桩板桩结合主桩板桩结合板桩码头概述板桩码头概述主桩与挡板结合主桩与挡板结合板桩码头概述板桩码头概述地下连续墙地下连续墙板桩码头概述板桩码头概述卸荷式板桩码头:卸荷式板桩码头型式是通过在前墙后方设置卸荷平台群桩基础来承担承台上方土重和码头面上的荷载,以达到对码头前墙卸荷的目的。卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头分类整体卸荷式整体卸荷式将胸墙和卸荷平台整体连接分离卸荷式分离卸荷式胸墙和卸荷平台是分开的,中间有一定间隙。卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头 整
7、体卸荷式板桩码头是将胸墙和卸荷平台整体连接。目前国际上,特别是欧美发达国家一般采用整体式,如英国的 Limehouse 码头和德国汉堡港板桩码头,而在国内,整体卸荷式板桩码头则应用较少。1.1.整体卸荷式板桩码头整体卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头德国汉堡港某板桩码头断面图卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头整体卸荷式板桩码头优点 码头前板桩、斜拉桩、桩基承台、靠船桩连为一体,共同受力,发挥各构件的潜力,提高结构整体的安全度。卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头整体卸荷式板桩码头缺点这种型式当采用钢筋混凝土承台和桩基时,不容许有较大的水平位移。会使结构内力加大,造成结构不经济。这种整体卸荷式码头结构
8、属国内首次提出,无相应的设计规范可循。受我国施工技术限制。卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头2.2.分离卸荷式板桩码头分离卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头 整体式当采用钢筋混凝土承台和桩基时,不容许有较大的水平位移,因为水平位移较大时,承台下的桩基会发生桩头混凝土开裂,影响耐久性,而对板桩结构,锚定点位移在 20-80mm 属于正常情况,因此将前板桩与卸荷平台分离可能会是一种较好的选择即分离卸荷式地连墙板桩码头结构型式,现已成功应用在京唐港区 18#和 19#深水泊位。卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头利用基桩支持的卸荷平台大幅度减小了作用于前墙的土压力,从而使前墙的内力大幅度小使板桩码头在建造
9、10万t级以上的深水泊位时,前墙的断面可减小到合理的尺寸。卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头2.1 2.1 工作机理:工作机理:减压原理图卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头 一方面,灌注桩可以依靠本身桩体强度承担桩后土体的作用力;一方面,灌注桩可以依靠本身桩体强度承担桩后土体的作用力;同时由于灌注桩是间隔布置的,当港池泥面开挖时,会在灌注桩间同时由于灌注桩是间隔布置的,当港池泥面开挖时,会在灌注桩间产生产生土拱作用土拱作用,土拱将桩间土压力传递给灌注桩,使灌注桩受力增,土拱将桩间土压力传递给灌注桩,使灌注桩受力增加,从而使前板桩受力减小。使得前墙侧向受力情况明显改善,从加,从而使前板桩受力减小。使得前墙侧
10、向受力情况明显改善,从而解决了传统板桩码头向深水化发展过程中遇到的前墙受力急剧增而解决了传统板桩码头向深水化发展过程中遇到的前墙受力急剧增大的问题,不用设置过厚的桩体以及较大的入土深度就能保持码头大的问题,不用设置过厚的桩体以及较大的入土深度就能保持码头前墙稳定并有效遏止其过大的侧向位移。前墙稳定并有效遏止其过大的侧向位移。另一方面,由于卸荷平台的存在,减小了前墙在卸荷平台下方另一方面,由于卸荷平台的存在,减小了前墙在卸荷平台下方一定范围内的土压力,并使得承台上方土体自重作用于承台,并通一定范围内的土压力,并使得承台上方土体自重作用于承台,并通过灌注桩传给地基土层,从而减小这部分荷载在前墙面引
11、起的附加过灌注桩传给地基土层,从而减小这部分荷载在前墙面引起的附加侧向土压力。侧向土压力。分离卸荷式板桩码头的优点分离卸荷式板桩码头的优点卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头2.2 2.2 优缺点优缺点 卸荷平台和灌注桩连接处需承受较大的弯曲应力,在水平位移较卸荷平台和灌注桩连接处需承受较大的弯曲应力,在水平位移较大的情况下桩顶易出现裂缝;大的情况下桩顶易出现裂缝;码头构件数量众多,受力状态较为复杂:彼此呈多相工作状态,码头构件数量众多,受力状态较为复杂:彼此呈多相工作状态,如前板桩与灌注桩既是受弯又是受压构件;各构件相互联系又相互影响,如前板桩与灌注桩既是受弯又是受压构件;各构件相互联系又相互影响,
12、如前排桩和后排桩可在一定情况下共同承担主动土压力。特别是在对该如前排桩和后排桩可在一定情况下共同承担主动土压力。特别是在对该码头结构各部分进行土压力计算时,由于顶部承台卸荷作用和灌注桩遮码头结构各部分进行土压力计算时,由于顶部承台卸荷作用和灌注桩遮帘作用的存在,会涉及到很多问题,包括如何综合考虑卸荷平台和灌注帘作用的存在,会涉及到很多问题,包括如何综合考虑卸荷平台和灌注桩对前墙的共同作用,如何确定承台对前墙的卸荷范围和遮帘面的位置,桩对前墙的共同作用,如何确定承台对前墙的卸荷范围和遮帘面的位置,以及整个结构如何分区域计算,每一计算区域根据自己的受力特点又应以及整个结构如何分区域计算,每一计算区
13、域根据自己的受力特点又应采取何种理论进行分析,以及两个计算区域在其交汇点上的计算值如何采取何种理论进行分析,以及两个计算区域在其交汇点上的计算值如何做到统一等一系列问题。做到统一等一系列问题。分离卸荷式板桩结构的缺点分离卸荷式板桩结构的缺点卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头2.3 2.3 土压力计算理论:土压力计算理论:黄求顺教授提出平行墙理论,用以计算平行墙上的侧向土压力。该理论中的平行墙是指两道平行的刚性挡土墙,两道平行墙的相对位移较小,且两者间的距离设定在假定滑裂面以内。该理论分析过程如下:从平行墙下某一深处取一微分体,厚度设定为 dz,分析作用在该微分体上的力,设立并求解所得的静力平衡方程,
14、得到竖向土应力,然后乘以侧压系数即可得到平行墙在任意深度处所受的侧向土压力 研究表明分离卸荷式板桩码头前墙土压力主要由三部分组成,一一部分来自墙后土体压力;另一部分来自前排桩受压变形,从而导致桩部分来自墙后土体压力;另一部分来自前排桩受压变形,从而导致桩前土体受挤压而作用在前墙上的土压力:第三部分是前排桩桩间土体前土体受挤压而作用在前墙上的土压力:第三部分是前排桩桩间土体透过桩间隙而作用在前墙上的土压力。透过桩间隙而作用在前墙上的土压力。卸荷拱后方的土体和前墙相对稳定,将其假定为两道平行墙,将拱内土体看作是平行墙内的填土,墙桩间距和拱高合并看作两平行墙的间距,然后应用平行墙理论对卸荷拱内土体进
15、行受力分析,求解方程得到竖向土应力,然后乘以侧压系数从而求出码头前板墙在任意深度处所受的侧向土压力卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头2.42.4 计算模型:计算模型:由于 1、4 区域分别属于前墙和前排桩的海侧位移区,前方无遮挡,故偏向被动土压力分布情况,按照郎肯被动土压力计算;2 、3 区域在考虑卸荷平台作用的前提下,按照平行墙原理进行计算,这种方法已在遮帘式板桩码头相关计算中得到应用;10区、9 区分别按郎肯主、被动土压力理论计算;5、6、7、8 区域的计算需要分成两种情况考虑卸荷式板桩码头卸荷式板桩码头2.52.5 数值分析:数值分析:目前该新型板桩码头的设计参数主要依据土工离心模型试验,然而
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